【存储管理】重要数据结构的关系

从硬件角度，Linux内核要为硬件准备好页面目录PGD，页面表PT，以及GDT和LDT，设置正确的寄存器，就完成了准备工作，但实际很复杂，今天介绍常用的重要数据结构。

（1）页面目录PGD，中间目录PMD，页面表PT分别有pgd_t，pmd_t，pte_t构成数组，其中pgd，pte低12位用来保存状态信息和访问权限，高20位保存基址，4KB为边界；页保护结构为pgprot_t(12位)，值小于0x1000，pte的指针部分大于0x1000；可用__mk_pte和set_pte生成pte结构和设置到页面表项中；可根据virt_to_page让虚地址找到page结构；page描述每一个物理页面；zone_struct描述一个管理区，offset描述page数组中的其实序号。page的第一个分量 通过free_area_t结构进入双向链表；为了适应NUMA，pglist_data来管理zone_struct。

（2）一个进程所使用的虚拟空间的各个部位不是连续的，vm_area_struct可由vm_start和vm_end表示地址范围；每一个vm_area_struct都具有相同的访问权限以及其他属性，由vm_page_prot和vm_flags来决定。有两种连接各个vm_area_struct，为提高查找效率使用了红黑树的结构；使用mapping，vm_next_share等来描述与磁盘文件交换的关系；vm_op中的nopage可建立映射；

（3）每一个进程都有一个指向mm_struct的指针，mm_struct中有指向上述mmap链表，红黑树链表，以及最近一次用到的链表；map_count是含有虚拟区间的个数；pgd指针指向页面目录；mm_users和mm_count用于共享虚拟空间；start_code，end_data等用于表示代码段，堆栈段等得起始和末位位置。

（4）一个虚拟地址的存在并不表示该地址页面已映射到一个物理页面，更不能说明该页面在内存中；未经映射的页面访问时，会产生缺页异常；mm_struct和vm_area_struct说明了对页面的需求；page，zone_struct等说明了对页面的供应；而页面目录PGD，中间目录PMD，页面表PT是两者之间的桥梁。

（5）find_vma（）可通过红黑树找到一个进程所给的虚拟地址所在的区间以及vm_area_struct，查找失败，则需要通过insert_vm_struct()将其插入到新的链表和红黑树中，从而建立新的虚存区间结构。